METABOLISMO ENERGÉTICO
METABOLISMO
Conjunto de reações químicas altamente coordenadas que ocorrem nas
células ou no interior de organismos vivos.
Objetivos do metabolismo
 Obter energia química (em forma de ATP, NADH, NADPH e FADH2) por
captação da energia solar ou degradação dos nutrientes
 Converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com características
próprias da célula ou prepursores
 Formar macromoléculas necessárias as funções celulares
 Sintetizar e degradar macromoléculas
Rotas metabólicas
Conjunto de reação que produz ou degrada um determinado produto (substrato) ou
conjunto de produto. Ex: Glicólise
Catabólicas (degradação ou “quebra” de compostos)
Anabólicas (síntese, ou seja, formação de compostos)
As vias catabólicas são acompanhadas por liberação de energia livre,
enquanto o anabolismo requer energia para ser realizado.
Bioenergética
Estudo quantitativo das transformações de
energia que ocorrem dentro da célula viva, bem
como na natureza, em função dos processos
químicos nelas envolvidos.
Os sistemas biológicos respeitam as leis gerais
da termodinâmica
Termodinâmica
 Primeira lei da termodinâmica: princípio da conservação de
energia.
“Para qualquer transformação física ou química, a
quantidade total de energia no universo permanece
constante, a energia pode mudar de forma ou ser transportada
de uma região para outra; entretanto, ela não pode ser criada ou
destruída.”
 Segunda lei da termodinâmica: tendência do universo à
desordem crescente.
“Em todos os processos naturais, a entropia do universo
aumenta.”
Sistema tende a ir para um aumento da desorganização
Transdução de energia
Fototróficos
Quimiotróficos
De onde tiramos nossa energia?
Dieta
As células funcionam sob sistema de isoterma, ou seja,
funcionam à temperatura constante.
Desta forma a única fonte de energia que as células utilizam é a
energia livre de Gibbs (DG°) que permite predizer a direção das
reações químicas, o equilíbrio químico e quantidade de trabalho
necessário para que a reação ocorra à temperatura e pressão
constantes.
 A energia livre provém dos nutrientes para os seres
heterotróficos e da absorção de energia solar para os organismos
fototróficos.
A energia livre é transformada em ATP e outras moléculas
energéticas.
ATP: “moeda” energética
Hidrólise do ATP
Coenzimas como transportadores de elétrons
Reações de oxidação-redução:
 Agente redutor: molécula doadora de elétrons
 Agente oxidante: molécula receptora de elétrons
C6H12O6 + 6O2
NAD+/FAD
6CO2 + 6H2O
NADH/FADH2
Os nucleotídeos NAD+, NADP+, FMN e FAD são coenzimas
hidrossolúveis que sofrem oxidações e reduções reversíveis em muitas
das reações metabólicas de transferência de elétrons.
NADH
Molécula encontrada nas células de todos os seres vivos, usado como
"transportador de elétrons" nas reações metabólicas de oxi-redução, tendo um
papel preponderante na produção de energia para a célula.
Em sua forma reduzida, NADH, faz a transferência de elétrons durante
a fosforilação oxidativa.
FADH2
Molécula transportadora de energia metabólica, sendo utilizada como
substrato na fosforilação oxidativa. O FADH2 é reoxidado a FAD, resultando
subsequentemente na síntese de duas moléculas de ATP por cada FADH2.
Fosfocreatina: molécula de estocagem de energia
Energia livre de Gibbs
Expressa quantidade de energia capaz de realizar um
trabalho durante uma reação .
Entalpia (H): conteúdo de calor de um sistema reagente.
Ex.: quando libera calor, é exotérmica – conteúdo de calor do produto é
menos do que do reagente, ∆H é negativo.
Entropia (S): expressão quantitativa de desordem de um sistema.
Quanto menos complexo e mais desorganizado for o sistema, maior será o
ganho de entropia.
Acoplamento de energia
Reações exergônicas (espontâneas) = DG’°<0 X Reações endergônicas= DG’°<0
DG’° para oxidação completa da glicose em CO2 + H20 ~ 686 kcal/mol (2850 kJ/mol)
DG’° de hidrólise de ATP ~7,3 kcal/mol (30,5 kJ/mol)
Acoplamento das reações permite a síntese de várias moléculas de ATP
Compostos de alta energia
DG’º hidrólise < -25 kJ/mol
Características das rotas metabólicas
 1. Irreversibilidade
DG’°<0
A
1
2
C
B
Ciclo fútil?
 2. Direcionamento
Várias etapas existem para oxidar a glicose mas somente uma faz
sentido nas transformações químicas necessárias para a célula.
 3. Economia de intermediários
Intermediários que participam de forma reversível nas reações
de oxido-redução como transportadores de elétrons
 4. Regulação
Limitado pelo substrato (reação em equilíbrio).
Limitado pela enzima (reação exergônica) – passo limitante da via.
Enzimas específicas (pelo menos uma) para catalisar apenas anabolismo ou catabolismo.
CARBOIDRATOS
(HIDRATOS DE CARBONO)
ESTRUTURA
RECONHECIMENTO
REGULAÇÃO
ENERGIA
ESTRUTURA: Participa na composição da matriz extracelular e em paredes celulares
RECONHECIMENTO: identificação de células pelo sistema imune
REGULAÇÃO: enzimas podem ser glicosiladas e mudar de localização na célula
ENERGIA: fornecimento de energia (glicólise) ou armazenamento
CARBOIDRATOS
DEFINIÇÃO
 Poli-hidroxi-cetonas ou Poli-hidroxi-aldeídos.
 Fórmula empírica: (CH2O)n
 Podem apresentar N, S ou P.
 CLASSIFICAÇÃO: de acordo com a hidrólise
– Monossacarídeos
– Oligossacarídeos (dissacarídeos)
– Polissacarídeos (>20 unidades)
MONOSSACARÍDEOS
 Carbonos ligados por ligações simples na forma aberta.
 Os mais simples são as trioses:
 Grupo carbonila: aldoses (no fim da cadeia de carbone) ou cetoses
 Pelo número de carbonos: trioses, tetroses, pentoses...
 O mais abundante é a glicose (aldohexose)
ENANTIÔMEROS
 Todos os monossacarídeos, com exceção da dihidroxiacetona,
apresentam um ou mais carbono assimétrico.
 Por convenção, uma forma é chamada isômero D e a outra isômero L
ESTRUTURAS CÍCLICAS
 Em solução, carbonos com 4 ou mais carbonos formam estruturas cíclicas
OLIGOSSACARÍDEOS
 Formados pela ligação de dois ou mais monossacarídeos.
 Forma-se uma ligação O-glicosídica.
 Os mais comuns são os dissacarídeos.
Açúcar de mesa (cana de açúcar)
Leite
Grãos em germinação
MONOSSACARÍDEOS MODIFICADOS
 Além dos monossacarídeos discutidos até aqui, organismos
apresentam uma série de hexoses derivadas.
 Nesses casos, um grupo hidroxil é substitído por outros grupos ou a
carbonila é oxidada gerando uma carboxila.
 Outra modificação importante é a fosforilação.
POLISSACARÍDEOS




Formados pela ligação de mais de 20 monossacarídeos.
Podem formar cadeias lineares ou ramificadas.
Homopolissacarídeos: amido, glicogênio, celulose, quitina
Heteropolissacarídeos: peptidoglicanas (parede de bactérias)